燃料乙醇生产原料技术分析

科技信息O高校讲坛OSCIENCE TECHNOLOGY INFORMATION2008年第14期燃料乙醇生产原料技术分析刘超超孙然李海亮(中国矿业大学江苏徐州221008)【擴要】燃料乙醵,有校高辛烷值,按合适比例调入汽油中,会提高汽油的肀炕值,降低汽车尾气中一氧化嚷和礦氨化合物的排放,减少环境污染。生产燃料乙醇的原料丰富,从粮食作物到经济作物再到新兴的木质纤维素。随着降低生产成本的需求日益强烈,人们不断寻求原料与生产工艺的最优结合。【关键词】燃料乙醇;生产原料;生产工艺随着世界化石能源的日趋匮乏,石油类产品价格日益攀升,开发22边糖化边发酵种绿色可持续的能源已经变得相当急迫。乙醇作为一种生产工艺成边糖化边发酵,主要是针对纤维素类原料,包括同时糖化戊糖单熟,生产原料来源广泛的替代能源越来越受到人们的关注独发酵(SSF)法和同时糖化共发酵(SSCF)法。两者都是原料不经过预乙醇既是一种基本的化工原料,又是一种绿色新能源。未来乙醇先糖化,而是预处理后直接进入发酵罐糖化和发酵在同一发酵罐中的市场方向将主要体现在二个方面:进行,但前者是水解和己糖发酵同时进行而分离出的戊糖单独发酵、车用燃料,主要是乙醇汽油和乙醇柴油后者是水解戊糖、己糖发酵同时进行。这种操作方法免去了专门的糖二、作为燃料电池的燃料化工序,使发酵罐中糖液浓度始终保持较低浓度,从而减弱了产物对三、成为支撑现代以乙烯为原料的石化工业的基础原料。酶的抑制作用,提高原料的转化率生产过程比较平稳,设备的利用率1燃料乙醇生产原料状况分析燃料乙醇生产原料种类丰富,主要分为以下几种:粮食类作物经同步糖化发酵法分为两种类型:一种是采用酶糖化和微生物发酵济类作物,木质纤维素同步进行,目前研究用绿色木霉纤维素酶和酸酒酵母同步糖化发酵经1.1粮食类作物汽爆处理后的毛白杨木粉,醇的转化率比分步法提高了1.6倍(同步目前,市场上生产燃料乙醇较为成熟的技术主要是依靠玉米、小糖化发酵法醇的转化率为86%,分步法为5375%)。另一种是糖化和麦等粮食类作物为生产原料。在我国,目前的燃料乙醇生产企业基本发酵都采用微生物同步进行即联合生物加工工艺(CBP),但由于两是以采购新粮进行生产的,但粮食产量的增长已远不能满足企业的生微生物之间存在互生、共生、寄生、拮抗、捕食等关系,因此必须找到一产需求。以粮食作物为原料生产燃料乙醇已引起了粮食短缺鉴于此,种和酵母菌能够共生的微生物。研究表明,其有水解淀粉功能的酵母国家在《可再生能源发展“十一五"规划》中明确了“非粮”的发展方向,蘸和酿酒酵母及拟内胞霉菌和酿酒酵母同步糖化发酵淀粉,可使乙醇将采取措施逐步抑制以粮食为原料进行的燃料乙醇的生产转化率达93%。此外,同步糖化发酵还可缩短生产周期但目前这两种方法都还不成熟,存在较多的向题,以木质纤维素以经济类作物甘蔗、高梁、木薯等生产燃料乙醇基本上解决了与生产燃料乙醇为例,用酶糖化时酶用量较大而酶价又较高,且酶无民争粮的问题。此类作物产量高,含糖量高,抗旱,抗盐碱,且生产成本法同收利用因此生产成本居高不下这就要求更新的预处理工艺进较低具有很大发展前景。尤其是木薯,有超常的气候资源利用率,单一步降低纤维素的聚合度结品度,破坏木质素、半纤维素的结合层位面积的光合作用能力和生物能量生产水平最高,适应性广泛,淀粉脱去木质素增加与酶接触的有效比表面积以提高酬的催化效率减含量高等优势,生产成本较玉米为低。日前发展经济类作物存在的主少酶的用量。目前的预处理工艺从物理法的机械破坏微波或超声波要问题是品种单一种性退化较严重,单产量低需要进一步改进种植等,化学法的酸或碱处理到物理化学结合方法的蒸汽爆破技术和氨技术,提高单产量冷冻爆破技术,再到新兴的生物方法—一真菌处理(主要是木腐菌中13木质纤维素的白腐菌、褐腐菌、软腐菌),工艺在不断的研究改进中。由于糖化和发从更长时期来看,粮食、经济作物只是生产燃料乙醇的过渡性原酵同时进行,而二者温度的矛盾必然要求选育、驯化一株高温发酵能料,还不足以改变中国整个能源结构。承担改变中国能源结构重任的,力强的豳株。另外废料的回收利用问题有待进一步解决CBP法不但是在全国比比皆是的以秸秆为代表的植物纤维。纤维素是地球上贮量存在以上问题还有糖化和发酵菌株的选育问题在生产过程中如何最丰富的有机物,我国每年农作物秸秆约7亿吨左右,若能有效的被避免杂菌污染的问题利用来生产乙醇,中国能源问题就能得到根本解决。但目前秸秆生产在生料发酵中一般也采用这种生产工艺。生料发酵是指原料不经乙醇普遍面临着技术不成熟(主要是纤维素分解成单糖)的问题因此过蒸煮直接进行糖化和发酵。省去了高温蒸煮工艺,降低了能源的消国资源瓶颈将起到重要的作用。技术可减轻劳动强度6%以上,节约能源70%以上,增加出酒率40%以发展的眼光看,解决燃料乙醇大量使用时题的途径以上,大大降低了生产成本将最终转向纤维,依靠生物技术、基因技术等高新发展,通过筛23液化糖化连续发酵工艺选种植高能高产生物资源,利用我国大量农业废弃资源和工业废弃连续式操作是指分批式操作进行到一定阶段,一方面将基质连续物资源,开发和实现利用纤维素生产酒精技术的产业化,可为燃料乙不断的加入反应器内另一方面又把反应物料连续不断的取出,使反醇生产提供取之不尽的可再生植物原料。应条件(如反应液体积等)不随时间变化的操作方式。具有易机械化2燃料乙醇生产工艺现状分析自动化操作,节约劳动力缩小反应器体积,缩短生产周期,减少操作21先糖化后发酵(SHF带来的污染,产品质量较稳定等优点。但连续式培养要求原料品质均传统的乙醇生产工艺都是先糖化再发酵,即有机底物先被纤维素一,长时间发酵增加了杂菌污染或菌种变异的概率。而且反应过程较酶淀粉酶糖化酶水解为可发酵的糖液然后在酒精酵母的作用下生难挖制对设备和技术要求较高,因此,目前国内还不能实现燃料乙醇成乙醇和二氧化碳。但由于糖化的理想温度为50℃,而发酵的最佳温的连续式发酵生产。度为28-35℃,一般不超过36℃,因此糖化的液需先冷却到30℃以24固定化发酵下,才能进入发酵罐发酵,而酵母发酵为放热,发酵罐也需要冷却,这中国煤化工中的细胞浓度始缝样要消耗大量冷却水,再加上大量有机底物转化后使产物浓度增加,保持很产物的积累会抑制酶的活性,使转化率降低,因此既使设备利用寧降生速度快CNMHG游离细胞发醇细胞随低,生产工艺复杂,又浪费了能源,加大了生成成本,在强调“节能高发酵液醇产生速度慢,发酵时效”的今天,这种方法必然不能满足人们的要求但由于发酵的温度不间长,且所用发酵罐多,设备利用率不高。研究釆用固定化休哈塔假丝高,对酵母繭的耐热能力和高温发酵能力要求也就不高酵母发酵杨木水解液,发酵15小时,糖的利用率达到(下转第139页科技售息O高校讲坛OSCIENCE TECHNOLOGY INFORMATION2008年第14期他选择的。~与此相反,AP·秦勒就声称:“在我看来,这就是有关希特勒是否有意发动战争这个问题的关键。他并不是一心想要战争爆【参考文献】发,除非他可以使用某种聪明的诡计逃避战争,如同他曾经选避国内[戴耀先主编:《善意志军事思想研究),北京:军事科学出版社,199年版第战争一样。啊奈教授也认为“泰勒的观点有点过份”。不过,公正地讲,764页希特勒的个人因素是导致二战的重要原因。[2]http://wwwwbbe.co.uk/dna/h2g2/a737705回顾历史可以看到,希特勒上台之后开始疯狂的扩军备战,他3]王为民、张晓:《意志强悍之谜》,北京解放军文艺出版社,194年版第利用纳粹扩张与集权的理念,打破《凡尔赛和约》对德国军力的限制163页魔术般地打造了一支现代化的庞大军队。尤其希特勒对闪击战实施的[4]马驶:《闪击战的产生及演变:1870-1939年》,《军事历史研究》,1987年第4作用是不可忽视的。192年,希特勒曾说过,“下次战争将完全不同于[5(意)朱利奥杜黑曹教风华人杰译:《制空权》,北京:解放军出版社2005上次战争,步兵攻击和密集队形将过时持续多年在固定的战线进行年版第154页的呆板的正面攻击将不会再现我断定……我们将再次获得机动作战[6(苏)谢·帕伊万诺夫刘明杰等译:《战争初期》,上海:上海译文出版杜,1979的优越性。叫1933年,希特勒在一次现代武器表演会上,当看到古德年版第43页里安的一支摩托化坦克部队通过训练场时,不由得欣喜若狂,“这就是[7](倦)古德里安张云译:《坦克一前进》北京:解放军出版社,1981年版第我所希望的东西这就是我所需要的东西。叫所以,希特勒的思想与222页古德里安的观点不谋而合。后来古德里安关于组建专门装甲师的建[8](德)额斯特沙伊贝特王丰译:《这就是古德里安》,弗里德贝格:波聪一帕拉议,得到希特勒的积极支持,于1935年秋建立了德国也是世界上第斯出版社,第173页[9]张海瞬等著:《第二次世界大战经验与教调》,北京:世界知识出版社,1987年同时希特勒通过诡诈的权术,利用西方国家的缓靖政策,在英,第75页[10]蔼国军事历史研究局:《德意志帝国与第二次世界大故》(1),德意志出版国、法国苏联之间巧妙地周旋使他的敌人都认为希特勒最有可能成社,19年版,第413页第635页为自己的朋友。当他把一切后顾之忧解除之后,1939年9月希特勒(1](苏)M杰列维扬科主编厦门大学外文系俄语教研室译《第二次世界大酸发动了导致有6l个国家、20亿人参战,5700万人死亡的第二次世界史第2番,上海:上海译文出版社,1981年版大战把整个欧洲整个世界推进了血泊,给人类带来了前所未有的巨[12]德国军事历史研究局:《德意志帝国与第二次世界大战)(1),擲意志出版大灾难和痛苦。正因为希特勒对德国的控制是强有力的,以致于没有杜1979年版第447473页敢反对他的意志所以由德国发动的第二次世界大战跟他有着直接3](美)小约瑟夫奈.张小明译:《理解国际冲突一理论与历史》(第五版),上的关系。正如伊恩科肖所讲:“德国为了追求世界霸权要缔结一个同海:上世纪出版集团,2005年版第112129页盟,对抗一些强大的国家。这是一场以弱胜强的赌局,必然导致希特勒[14(苏)列宁中共中央马克思恩格斯列宁斯大林著作编译局编译:《列宁全改权和德国本身的毁灭。……因此希特勒成为一位具有超凡魅力的集》北京:人民文学出版社,1984年版第39卷第352页[5]德)克劳斯费舍尔萧韶工作室译《纳粹德国:一部新的历史(下册)南领袖正表明,德国不仅具有从未有过的毁灭力量而且本身也包含着京:江苏人民出版社,2005年版第574页自我毁灭的种子。叫两所以希特勒就是一个将人类带进战争深渊的悉[16 Taylor, AJ. P, The Origins of the Second World War 2nd ed. (Greenwich:魔,一个充满扩张与集权理念的独裁者,一个具有变态人格与复仇情Fame19281结的政治狂人。[17](英)查尔斯·梅辛杰王风译:《闪击战》古斯塔夫吕贝出版社,1978年版综上所述,正是由于资本主义的政治经济发展不平衡最终酝酿了[18(等)古德里安李梦云译:《闪击英雄》,北京:战士出版杜,1981年版第25第二次世界大战,而德国民众国家和民族的厢辱被野心家利用、人民希页望摆脱经济困难的迫切、德意志文化传统中的负面因素、英、法、美的缓9 an Kershaw." Hitler and the Nazi Dictatorship." in Mary Fulbrook, ed. German靖政策等等因素都加速了这一过程。1939年9月1日凌晨德国军队利 History since 180 London;Amod199p336用夜幕的掩护,在2300多架飞机的支援下,对波兰发动突然袭击,标志著场世界性的战争一第二次世界大战的全面爆发[责任编辑:张艳芳]上第150页)90%,酒精浓度为249g/L,发酵18小时,糖的利用率【参考文献】达93%,酒精浓度超过理论值的90[]张远欣燃料乙醉的发展状况门甘肃科技2005,21(425高浓度发酵[2]苏小军,熊兴耀谭兴和刘明月燃料乙醇发酵技术研究进展朝南农业大有人将高浓度乙醇发酵定义为,每1L发酵液中含有300g(30%学学报20034(wv)或更高可溶性固型物的乙醇发酵。一般情况下发酵所获得的[3]韩德奇李伟张冬捧徐国类燃料乙醇的生产进展和应用探讨门化工技术乙醇体积分数为8%-12%,而高浓度发酵可使乙醇的体积分数达到济202.019158%以上。据研究,在20℃酸酒酵母能够完全发酵含38%39%可溶[4张敏曹燕子李志斌燃料乙醇研究状况及发展前景潮南科技学院学报性固形物的小麦糖化液,产生超过23%的酒糖。2007,28{4)5]武东梅李其新,孙新纪纤维素类物质发醇生产燃料乙醇的研究进展门限由于乙醇是微生物代谢的产物其积累到一定程度对菌种有一定酒科技,200,1544的毒害作用,选育耐高乙醇度的繭株具有重要意义。因此国内外对高[6]李家洲周曼芳廖俊杰阳元娥啤酒传统间歌工艺与固定化酵母连续工艺浓度乙醇发酵的研究主要集中在两个方面:一是高产和高耐受力菌种之比较广东轻工职业技术学院学报2003,2的选育;二是发酵工艺条件的研究。[7]张素平颜涌捷任钟伟李庭琛纤维素制取乙静技术化学进展,2007,193结束语小目前燃料乙醇每吨的价格比石油高约1000元,因此开发新的生8】刘娜石痕兰木质纤维素转化为燃料乙醇的研究进展仍现代化工,20025产技术,降低生产成本势在必行。其可以从以下几方面考虑:合理规划燃料乙醉的生产规模降低原料的费用;新型菌株的开发与应用;生产9王威树彪壁芳燃料乙醇的液化糖化连续酵工艺酸酒200310工艺过程的合理设计与改进:新型高效生产设备的设计与选用产物05国君,武国庆,都小明我国燃料乙醇生产技术的现状与展望门化工进分离;副产物、产品的加工利用;废液处理[11]马晓建,孙风杰刘龙飞降低燃料乙醇生产成本若干问题的分析门河南化燃料乙醇作为绿色可再生能源不仅可以使使用石油的时代得以工,203949延长,更为我们发展绿色产业和循环经济展现出一条现实通道,它完[12]侯保中国煤化工酒精发阴酒科技全可以形成一个充满活力的全新产业、战略产业、环保产业和希望产2005,493业。从煤炭的发现到煤化工从石油的开采到石油化工,是大自然赋于[13]夏明HCNMHG维素糖类的研究食品人类的发展机遇;从乙醇的开发到乙醇化工,实现资源的水续利用,将与发酵工业是人类实现人与自然和谐发展更加精彩的创造[贵任端辑:田瑞高